JP2024027235A - 光ファイバプローブ - Google Patents

Abstract

【課題】小径化を実現しやすい光ファイバプローブを提供する。【解決手段】光ファイバプローブは、光ファイバとキャップ部材とを備え、前記キャップ部材は、前記光ファイバの先端面に接続される開口端面および前記開口端面とは反対側に位置する封止端を有する筒部と、前記封止端を封止する封止部と、を有し、前記筒部の内側には、前記先端面、前記筒部、および前記封止部によって密閉された閉空間が設けられ、前記先端面および前記開口端面は、前記光ファイバの長手方向に垂直な横断面に対して傾いている。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバプローブに関する。

特許文献１には、光ファイバおよびガラスキャップ（ガラスチューブ）を備える光ファイバプローブ（光ファイバアセンブリ）が開示されている。

特開２００８－２５７１５６号公報

例えば特許文献１に記載の光ファイバプローブにおいて、ガラスキャップは、光ファイバを径方向外側から覆うように配置されていた。この場合、ガラスキャップの外径は光ファイバの外径よりも大きくなるため、光ファイバプローブの外径が増大してしまう場合があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされ、小径化を実現しやすい光ファイバプローブを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の態様１は、光ファイバとキャップ部材とを備え、前記キャップ部材は、前記光ファイバの先端面に接続される開口端面および前記開口端面とは反対側に位置する封止端を有する筒部と、前記封止端を封止する封止部と、を有し、前記筒部の内側には、前記先端面、前記筒部、および前記封止部によって密閉された閉空間が設けられ、前記先端面および前記開口端面は、前記光ファイバの長手方向に垂直な横断面に対して傾いている、光ファイバプローブである。

本発明の上記態様によれば、キャップ部材内の閉空間と隣接する光ファイバの先端面が横断面に対して傾いていることで、閉空間との境界面である先端面で光の進行方向を変化（側方に反射）させて、光を光ファイバの側面から出射させることができる。そして、キャップ部材が光ファイバの先端面に接続されているため、例えばキャップ部材が光ファイバを径方向外側から覆うように配置されている場合と比較して、光ファイバプローブの外径を小さくすることができる。

上記課題を解決するために、本発明の態様２は、光ファイバと中間部材とキャップ部材とを備え、前記中間部材は、前記光ファイバの長手方向において前記光ファイバの先端面と対向するように設けられる入力端面と、前記入力端面とは反対側に位置する反射端面と、を有し、前記キャップ部材は、前記反射端面に接続される開口端面および前記開口端面とは反対側に位置する封止端を有する筒部と、前記封止端を封止する封止部と、を有し、前記筒部の内側には、前記反射端面、前記筒部、および前記封止部によって密閉された閉空間が設けられ、前記反射端面および前記開口端面は、前記長手方向に垂直な横断面に対して傾いている、光ファイバプローブである。

本発明の上記態様によれば、キャップ部材内の閉空間と隣接する中間部材の反射端面が横断面に対して傾いていることで、閉空間との境界面である反射端面で光の進行方向を変化（側方に反射）させて、側方出射させることができる。そして、キャップ部材が中間部材の反射端面に接続されているため、例えばキャップ部材が中間部材を径方向外側から覆うように配置されている場合と比較して、光ファイバプローブの外径を小さくすることができる。

また、本発明の態様３は、態様１または態様２の光ファイバプローブにおいて、前記筒部の外径は、前記光ファイバの外径と略等しい、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様４は、態様１から態様３のいずれか一つの光ファイバプローブにおいて、前記開口端面と前記横断面とがなす角をθとするとき、θ≦３５°である、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様５は、態様１から態様４のいずれか一つの光ファイバプローブにおいて、前記光ファイバと前記キャップ部材とは、前記光ファイバを進行した光が透過可能な樹脂によって一体に被覆されている、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様６は、態様１から態様５のいずれか一つの光ファイバプローブにおいて、前記光ファイバは、コアおよびクラッドを有し、前記開口端面と前記横断面とがなす角をθとし、前記閉空間の屈折率をｎ０とし、前記コアの屈折率をｎ１とし、前記クラッドの屈折率をｎ２とするとき、以下の条件ａが成立する、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様７は、態様１の光ファイバプローブにおいて、前記光ファイバは、コアおよびクラッドを有するマルチモードファイバであり、前記開口端面における前記筒部の内径は、前記コアの外径以上である、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様８は、態様１または態様７の光ファイバプローブにおいて、前記光ファイバは、コアおよびクラッドを有するマルチモードファイバであり、前記開口端面における前記筒部の内径は、前記コアの外径の１．５２倍以下である、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様９は、態様１の光ファイバプローブにおいて、前記光ファイバは、シングルモードファイバであり、前記開口端面における前記筒部の内径は、前記光ファイバの前記先端面におけるビーム径以上である、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様１０は、態様１または態様９の光ファイバプローブにおいて、前記光ファイバは、シングルモードファイバであり、前記開口端面における前記筒部の内径は、前記光ファイバの前記先端面におけるビーム径の１．５２倍以下である、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様１１は、態様２の光ファイバプローブにおいて、前記開口端面における前記筒部の内径は、前記中間部材の前記反射端面におけるビーム径以上である、光ファイバプローブである。

また、本発明の態様１２は、態様２または態様１１の光ファイバプローブにおいて、前記開口端面における前記筒部の内径は、前記中間部材の前記反射端面におけるビーム径の１．５２倍以下である、光ファイバプローブである。

本発明の上記態様によれば、小径化を実現しやすい光ファイバプローブを提供できる。

本発明の第１実施形態に係る光ファイバプローブを示す断面図である。 光ファイバを進行する光線について説明する図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る光ファイバプローブを示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る光ファイバプローブを示す断面図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係る光ファイバプローブについて図面に基づいて説明する。
図１に示すように、光ファイバプローブ１Ａは、光ファイバ１０Ａと、キャップ部材２０と、第１被覆層３０と、第２被覆層４０と、を備える。キャップ部材２０は、光ファイバ１０Ａの先端に取り付けられている。本実施形態に係る光ファイバ１０Ａは、いわゆるマルチモードファイバであり、コア１１およびクラッド１２を有する。

（方向定義）
ここで、本実施形態では、光ファイバ１０Ａ（コア１１）の中心軸線Ｏと平行な方向をＺ方向、軸方向Ｚ、または長手方向Ｚと称する。光ファイバ１０Ａの中心軸線Ｏは、光ファイバ１０Ａ（コア１１）の光軸でもある。長手方向Ｚに沿って、光ファイバ１０Ａからキャップ部材２０に向かう向きを、＋Ｚの向き、前方、または先端側と称する。＋Ｚの向きとは反対の方向を、－Ｚの向き、後方、または基端側と称する。軸方向Ｚに垂直な断面を、横断面と称する。光ファイバ１０Ａの中心軸線Ｏに直交する方向を、径方向と称する。径方向に沿って、中心軸線Ｏに接近する向きを、径方向内側と称し、中心軸線Ｏから離反する向きを、径方向外側と称する。軸方向Ｚから見て、中心軸線Ｏまわりに周回する方向を、周方向と称する。

本実施形態に係る光ファイバ１０Ａは、横断面視において円形状に形成されている。コア１１は、横断面視において光ファイバ１０Ａの中央部に設けられている。クラッド１２は、コア１１を径方向外側から覆っている。コア１１の屈折率は、クラッド１２の屈折率よりも高い。光ファイバ１０Ａの材質としては、例えば石英ガラスを採用することができる。

光ファイバ１０Ａの前端（先端）には長手方向Ｚに対して垂直でない先端面１０ａが設けられている。より具体的に、先端面１０ａは、光ファイバ１０Ａの横断面に対して角度θだけ傾いている。横断面に対して傾斜した先端面１０ａは、例えば、光ファイバ１０Ａの先端を斜めに研磨することによって形成できる。

キャップ部材２０は、筒部２１および封止部２２を有する。筒部２１は、横断面視において円環状に形成されている。筒部２１は、先端面１０ａに接続される開口端面２１ａと、開口端面２１ａとは反対側に位置する封止端２１ｂと、を有する。キャップ部材２０の材質としては、例えば石英ガラスを採用することができる。つまり、キャップ部材２０として例えばガラスキャップを用いることができる。ただし、キャップ部材２０の材質は石英ガラスでなくてもよい。封止部２２は、筒部２１の封止端２１ｂ（前端、先端）を封止している。なお、筒部２１および封止部２２は、例えば、十分に長いガラス管を所望の長さに切断したうえで、切断されたガラス管の先端を溶融させることにより容易に形成することができる。

開口端面２１ａは、先端面１０ａと同様に、光ファイバ１０Ａの横断面に対して角度θだけ傾いている。横断面に対して傾斜した開口端面２１ａは、例えば、筒部２１の後端を斜めに研磨することによって形成できる。先端面１０ａと開口端面２１ａとは互いに略平行であり、開口端面２１ａの全周（周方向における全体）にわたって互いに密着されている。なお、文言「略平行」には、製造誤差を取り除けば先端面１０ａと開口端面２１ａとが互いに平行であるとみなせる場合も含まれる。

開口端面２１ａは、先端面１０ａに対して、例えばコロナ放電を用いた融着によって接続される。光ファイバ１０Ａを構成する材質と、キャップ部材２０を構成する材質とは、互いに同一であってもよい。この場合、光ファイバ１０Ａの融点とキャップ部材２０の融点とが等しくなり、融着による変形（凹凸）を抑制することができる。ただし、先端面１０ａと開口端面２１ａとを接続する方法は上記の方法に限られず、コロナ放電を用いない融着であってもよい。あるいは、融着以外の方法を用いて先端面１０ａと開口端面２１ａとが接続されていてもよい。

本明細書では、先端面１０ａ、筒部２１、封止部２２によって密閉された領域を、閉空間Ａと称する場合がある。閉空間Ａは、筒部２１の径方向内側に位置する。本実施形態に係る閉空間Ａの屈折率は、コア１１の屈折率よりも小さい。本実施形態において、閉空間Ａには空気が充填されている。なお、閉空間Ａは、真空であってもよい。あるいは、閉空間Ａには、コア１１よりも屈折率の小さい液体や固体、気体等が充填されていてもよい。

本実施形態に係る筒部２１の外径Φ２は、光ファイバ１０Ａ（クラッド１２）の外径Φ１と略等しい。なお、文言「略等しい」には、製造誤差を取り除けば外径Φ１、Φ２が互いに等しいとみなせる場合も含まれる。ただし、外径Φ１、Φ２は互いに異なっていてもよい。

また、本実施形態において、開口端面２１ａにおける筒部２１の内径Φ４は、コア１１の外径Φ３以上である。言い換えれば、本実施形態に係る閉空間Ａの外径Φ４は、コア１１の外径Φ３以上である。ただし、閉空間Ａの外径Φ４は、外径Φ３より小さくてもよい。なお、本明細書において「開口端面２１ａにおける筒部２１の内径Φ４」とは、より具体的には、図１に示す点Ｐ１における筒部２１の内径を意味する。ここで、点Ｐ１は、筒部２１の内周面と開口端面２１ａとの交線のうち最も先端側（＋Ｚ側）に位置する点である。以下、「開口端面２１ａにおける筒部２１の内径Φ４」を、単に「（キャップ部材２０の）開口径Φ４」と称する場合がある。

第１被覆層３０の材質としては、例えば樹脂を採用することができる。第１被覆層３０は、光ファイバ１０Ａを、径方向外側から覆っている。ただし、第１被覆層３０は、光ファイバ１０Ａの前端部（先端部）を覆っていない。言い換えれば、第１被覆層３０は、光ファイバ１０Ａの前端部（先端部）において取り除かれている。より具体的に、第１被覆層３０の前端は、先端面１０ａよりも後方に位置する。

第２被覆層４０は、第１被覆層３０の先端部、光ファイバ１０Ａ、キャップ部材２０、および第１被覆層３０を覆っている。言い換えれば、光ファイバ１０Ａ、キャップ部材２０、および第１被覆層３０は、第２被覆層４０によって一体に被覆されている。第２被覆層４０は、光ファイバ１０Ａを進行した光が透過可能な樹脂によって形成された層である。

従来、レーザ発振機から出射されたレーザ光を、ユーザが所望する位置まで導く光ファイバプローブが知られている。また、光ファイバプローブの一種として、いわゆる側射型プローブが知られている。側射型プローブにおいては、光ファイバを進行してきたレーザ光が、光ファイバの先端部において、光ファイバの側方にむけて反射される。このような側射型プローブは、例えば、眼科用ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）プローブ、血管用ＯＣＴプローブ、および赤外分光分析（ＮＩＲＳ：Ｎｅａｒ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）プローブ等の用途に用いられる。また、このような側射型プローブは、カテーテルに組み込まれて使用される場合がある。

上述したように、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａは、光ファイバ１０Ａの先端面１０ａおよびキャップ部材２０の開口端面２１ａが、光ファイバ１０Ａの横断面に対して角度θだけ傾いている。また、キャップ部材２０の内部には、コア１１よりも屈折率が低い閉空間Ａが設けられている。したがって、光ファイバ１０Ａを進行してきた光の進行方向は、先端面１０ａと閉空間Ａとの間の界面（境界面）において変化する（図２も参照）。進行方向が変化した光は、クラッド１２および第２被覆層４０を通過して、光ファイバプローブ１Ａの側方に向けて出射される。このように、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａは、側射型プローブとして用いることができる。

なお、図２に示すように、光ファイバ１０Ａを進行する光は、各々異なる経路で進行する複数の光線Ｒを含む場合がある。先端面１０ａと閉空間Ａとの境界面において、複数の光線Ｒの全てが確実に全反射するように、角度θについて以下の数式（１）で表される条件ａが成立してもよい。

ここで、ｎ０は閉空間Ａの屈折率であり、ｎ１はコア１１の屈折率であり、ｎ２はクラッド１２の屈折率である。また、上記数式で表される条件ａは、以下の数式（２）～（４）に置き換えることもできる。

上記の数式において、ＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）は、光ファイバ１０Ａの開口数である。なお、開口数とは、コア１１の内部を進行する複数の光線Ｒの向きのバラつきを表す物理量である。また、θｃは、コア１１と閉空間Ａとの間における臨界角である。すなわち、光がコア１１から閉空間Ａに向かう際にコア１１と閉空間Ａとの境界面で全反射が生じる入射角の最小値が、臨界角θｃである。このように、開口数ＮＡおよび臨界角θｃを考慮して角度θを決定することにより、先端面１０ａと閉空間Ａとの境界面において複数の光線Ｒの全てを全反射させ、側方に照射される光のエネルギー（明るさ）を向上させることができる。

また、上述したように、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａにおいては、キャップ部材２０と光ファイバ１０Ａとが、先端面１０ａおよび開口端面２１ａにおいて互いに接続されている。これにより、例えばキャップ部材２０が光ファイバ１０Ａを径方向外側から覆うように配置されている場合と比較して、光ファイバプローブ１Ａの外径を小さくすることができる。さらに、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａにおいては、キャップ部材２０の外径Φ２が、光ファイバ１０Ａの外径Φ１と略等しい。これにより、例えば外径Φ２が外径Φ１よりも大きい場合と比較して、光ファイバプローブ１Ａの外径をより確実に小さくすることができる。また、外径Φ１、Φ２が互いに略等しいという構成は、光ファイバ１０Ａとキャップ部材２０とを接続する際における両部材１０Ａ、２０の位置合わせが容易になるという効果も奏する。

また、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａにおいては、キャップ部材の開口径（閉空間Ａの外径）Φ４が、コア１１の外径Φ３以上である。この構成により、光ファイバ１０Ａを伝搬してきた光の進行方向を、閉空間Ａとの境界面である先端面１０ａにおいて効率的に変化させることができる。したがって、光ファイバプローブ１Ａの側方に照射される光のエネルギーをより向上させることができる。

なお、光ファイバ１０Ａを伝搬する光の一部は、コア１１からクラッド１２に浸み出し得る。本願発明者らが鋭意検討した結果、光のエネルギーは、コア１１の外径Φ３の１．０倍の範囲には約８６．５％含まれ、コア１１の外径Φ３の１．５２倍の範囲には約９９％含まれることが判った。すなわち、キャップ部材２０の開口径Φ４をコア１１の外径Φ３の１．０倍とするよりも、開口径Φ４を例えばコア１１の外径Φ３の１．５２倍とする方が、コア１１からクラッド１２に浸み出した光についても、光ファイバプローブ１Ａの側方に向けて照射させることができると判った。一方、開口径Φ４をコア１１の外径Φ３の１．５２倍超としても、エネルギー効率の改善の更なる向上が殆どないことが判った。したがって、小径化の観点から、開口径Φ４は、より好ましくは、コア１１の外径Φ３の１．５２倍以下であることが望ましい。特に、開口径Φ４がコア１１の外径Φ３の１倍以上１．５２倍以下である構成は、光ファイバプローブ１Ａのエネルギー効率の向上と小径化とを両立できるため、好適である。

ところで、角度θの値が大きくなるほど、光ファイバ１０Ａの先端はより細く尖り、光ファイバ１０Ａの先端の機械的強度が低下する（図１参照）。このような機械的強度の低下は、光ファイバプローブ１Ａを製造する際における、光ファイバ１０Ａの先端の欠けをもたらしやすい。また、図１に示すように、角度θの値が大きくなるほど、先端面１０ａの後端と先端との間の長手方向Ｚにおける距離Ｌが長くなる。言い換えれば、先端面１０ａの長手方向Ｚにおける寸法Ｌが大きくなる。先端面１０ａの寸法Ｌが大きくなると、コロナ放電を用いて先端面１０ａと開口端面２１ａとを接続する際に、放電のエネルギーが、先端面１０ａの全体に対して均一に供給されにくくなる。これにより、先端面１０ａと開口端面２１ａとの融着強度が低下する可能性がある。

これに対し、本願発明者らが鋭意検討した結果、角度θの値が３５°以下である場合には、機械的強度の低下に起因する光ファイバ１０Ａの欠け、およびコロナ放電を用いた際における融着強度の低下の双方を抑制できることが判った。したがって、角度θについて、θ≦３５°が成立することが好ましい。なお、角度θについて、当該条件と上記条件ａとの双方が満たされてもよいし、いずれか一方の条件のみが満たされてもよい。あるいは、角度θについていずれの条件も満たされなくてもよい。

また、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａにおいて、光ファイバ１０Ａおよびキャップ部材２０は、第２被覆層４０によって一体に被覆されている。この構成により、例えば光ファイバ１０Ａおよびキャップ部材２０の各々が独立に被覆されている場合と比較して、光ファイバプローブ１Ａの可撓性を高めることができる。また、第２被覆層４０が透過性を有する樹脂によって形成されているため、先端面１０ａと閉空間Ａとの境界面において進行方向が変化した光が、第２被覆層４０によって遮断されにくくなる。これにより、光ファイバプローブ１Ａの側方に照射される光のエネルギーの損失を抑制することができる。

また、閉空間Ａは光ファイバ１０Ａおよびキャップ部材２０によって密閉されているため、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａは、液体中でも使用することができる。

また、閉空間Ａを用いて光を反射させるため、例えばマイクロプリズムを用いて光を反射させる構成と比較して、製造コストを抑制することができる。また、例えば金属反射膜を用いて光を反射させる構成と比較して、使用可能な光のエネルギーを高めることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａは、光ファイバ１０Ａとキャップ部材２０とを備え、キャップ部材２０は、光ファイバ１０Ａの先端面１０ａに接続される開口端面２１ａおよび開口端面２１ａとは反対側に位置する封止端２１ｂを有する筒部２１と、封止端２１ｂを封止する封止部２２と、を有し、筒部２１の内側には、先端面１０ａ、筒部２１、および封止部２２によって密閉された閉空間Ａが設けられ、先端面１０ａおよび開口端面２１ａは、横断面に対して傾いている。

この構成により、光ファイバプローブ１Ａを、いわゆる側射型プローブとして用いることができる。また、キャップ部材２０と光ファイバ１０Ａとが、先端面１０ａおよび開口端面２１ａにおいて互いに接続されているため、光ファイバプローブ１Ａの小径化を実現しやすくなる。

また、筒部２１の外径Φ２は、光ファイバ１０Ａの外径Φ１と略等しい。この構成により、例えば外径Φ２が外径Φ１よりも大きい場合と比較して、光ファイバプローブ１Ａの外径をより確実に小さくすることができる。

また、開口端面２１ａと横断面とがなす角をθとするとき、θ≦３５°である。この構成により、機械的強度の低下に起因する光ファイバ１０Ａの欠けを抑制することができる。また、先端面１０ａと開口端面２１ａとの接続にコロナ放電を用いた融着を用いる場合には、融着強度の低下を抑制することができる。

また、光ファイバ１０Ａとキャップ部材２０とは、透過性を有する樹脂（第２被覆層４０）によって一体に被覆されている。この構成により、例えば光ファイバ１０Ａおよびキャップ部材２０の各々が独立に被覆されている場合と比較して、光ファイバプローブ１Ａの可撓性を高めることができる。

また、角度θについて、上述した条件ａが成立する。この構成により、先端面１０ａと閉空間Ａとの境界面において複数の光線Ｒの全てを全反射させ、側方に照射される光のエネルギー（明るさ）を向上させることができる。

また、光ファイバ１０Ａは、コア１１およびクラッド１２を有するマルチモードファイバであり、キャップ部材２０の開口径Φ４は、コア１１の外径Φ３以上である。この構成により、光ファイバ１０Ａを伝搬してきた光の進行方向を、先端面１０ａと閉空間Ａとの境界面において効率的に変化させることができる。

また、キャップ部材２０の開口径Φ４は、コア１１の外径Φ３の１．５２倍以下であってもよい。この構成によれば、光ファイバプローブ１Ａの小径化を実現しやすくなる。

次に、第１実施形態の変形例について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図３に示すように、本変形例に係る光ファイバプローブ１Ａ´は、第１実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａと同様に、光ファイバ１０Ａ´と、キャップ部材２０と、第１被覆層３０と、第２被覆層４０と、を備える。本変形例における光ファイバ１０Ａ´は、いわゆるシングルモードファイバであり、マルチモードファイバである光ファイバ１０Ａのコア１１に比べて非常に径が小さいコア１１を有する。

本変形例に係る光ファイバプローブ１Ａ´においては、キャップ部材２０の開口径（閉空間Ａの外径）Φ４が、シングルモードファイバの先端面１０ａにおけるビーム径Φ５以上である。ここで、光ファイバ１０Ａ´を長手方向Ｚに進行する光は、中心軸線Ｏにおいて最大値をとり径方向外側に向かうに従って漸次強度が小さくなるガウス分布型のエネルギー分布を有する。本明細書において「ビーム径」とは、ある横断面において、エネルギーの値が中心軸線Ｏにおけるエネルギーの１／ｅ^２となる地点を結んでできる円の直径を意味する。長手方向Ｚに進行する光が有するエネルギーのうち、約８６．５％は当該ビーム径の内側（図３において破線Ｂで示す）に含まれる。つまり、本変形例において、「ビーム径」とは、いわゆるモードフィールド径（ＭＦＤ）を意味する。また、「先端面１０ａにおけるビーム径Φ５」とは、より具体的には、長手方向Ｚにおいて点Ｐ２（図３参照）が位置する位置におけるビーム径（モードフィールド径）を意味する。ここで、点Ｐ２は、先端面１０ａのうち最も基端側（－Ｚ側）に位置する点である。以下、「先端面１０ａにおけるビーム径Φ５」を、単に「先端ビーム径Φ５」と称する場合がある。

キャップ部材２０の開口径Φ４を先端ビーム径Φ５以上とすることにより、光ファイバ１０Ａ´を伝搬してきた光の進行方向を、閉空間Ａとの境界面である先端面１０ａにおいて効率的に変化させることができる。したがって、光ファイバプローブ１Ａ´の側方に照射される光のエネルギーをより向上させることができる。

なお、光ファイバ１０Ａ´を伝搬する光の一部は、ビーム径よりも外側に浸み出し得る。本願発明者らが鋭意検討した結果、光のエネルギーは、ビーム径の１．０倍の範囲には約８６．５％含まれ、ビーム径の１．５２倍の範囲には約９９％含まれることが判った。すなわち、キャップ部材２０の開口径Φ４を先端ビーム径Φ５の１．０倍とするよりも、開口径Φ４を例えば先端ビーム径Φ５の１．５２倍とする方が、ビーム径の外側に浸み出した光についても、光ファイバプローブ１Ａ´の側方に向けて照射させることができると判った。一方、開口径Φ４を先端ビーム径Φ５の１．５２倍超としても、エネルギー効率の改善の更なる向上が殆どないことが判った。したがって、小径化の観点から、開口径Φ４は、より好ましくは、先端ビーム径Φ５の１．５２倍以下であることが望ましい。特に、開口径Φ４が先端ビーム径Φ５の１倍以上１．５２倍以下である構成は、光ファイバプローブ１Ａ´のエネルギー効率の向上と小径化とを両立できるため、好適である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ｂは、光ファイバ１０Ｂとキャップ部材２０との長手方向Ｚにおける間に配された中間部材５０を備える。つまり、本実施形態においては、中間部材５０が、光ファイバ１０Ｂとキャップ部材２０との間に介在している。また、本実施形態に係る光ファイバ１０Ｂは、いわゆるシングルモードファイバであり、コア１１およびクラッド１２を有する。また、光ファイバ１０Ｂの先端面１０ｂは、長手方向Ｚに対して垂直である。

本実施形態に係る中間部材５０は、ＧＲＩＮレンズ５１およびガラスロッド５２を含む。本実施形態のＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｉｎｄｅｘ）レンズ５１は、中心軸線Ｏから径方向外側に向かうに従って漸次屈折率が小さくなるように構成された円筒状のレンズ部材である。ガラスロッド５２は、一様な屈折率分布を有する円筒状の部材である。ガラスロッド５２は、コアレスファイバ５２とも称される。ＧＲＩＮレンズ５１およびガラスロッド５２の材質としては、例えば石英ガラスを採用することができる。なお、光ファイバ１０Ｂを伝搬してきた光を透過可能であれば、中間部材５０の種類は特に限定されず、適宜変更可能である。

中間部材５０は、長手方向Ｚにおいて先端面１０ｂと対向するように設けられる入力端面５０ａと、入力端面５０ａとは反対側に位置する反射端面５０ｂと、を有する。本実施形態において、入力端面５０ａはＧＲＩＮレンズ５１の後端に位置し、反射端面５０ｂはガラスロッド５２の先端に位置する。図４に示すように、本実施形態に係る先端面１０ｂおよび入力端面５０ａは、光ファイバ１０Ｂの長手方向Ｚに対して垂直である。

反射端面５０ｂは、開口端面２１ａと同様に、横断面に対して角度θだけ傾いている。横断面に対して傾斜した反射端面５０ｂは、例えば、ガラスロッド５２の先端を斜めに研磨することによって形成できる。本実施形態において、開口端面２１ａは、先端面１０ｂではなく反射端面５０ｂに接続されている。反射端面５０ｂと開口端面２１ａとは互いに略平行であり、開口端面２１ａの全周にわたって互いに密着されている。なお、文言「略平行」には、製造誤差を取り除けば反射端面５０ｂと開口端面２１ａとが互いに平行であるとみなせる場合も含まれる。閉空間Ａは、反射端面５０ｂ、筒部２１、および封止部２２によって密閉されている。本実施形態に係る閉空間Ａの屈折率は、中間部材５０（ガラスロッド５２）の屈折率よりも小さい。

上述したように、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ｂは、中間部材５０の反射端面５０ｂおよびキャップ部材２０の開口端面２１ａが、光ファイバ１０Ｂの横断面に対して角度θだけ傾いている。したがって、光ファイバ１０Ｂを進行してきた光の進行方向は、反射端面５０ｂと閉空間Ａとの間の界面（境界面）において変化する。進行方向が変化した光は、第２被覆層４０を通過して、光ファイバプローブ１Ｂの側方に向けて出射される。このように、本実施形態に係る１Ｂも、第１実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａと同様に、側射型プローブとして用いることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ｂは、光ファイバ１０Ｂと中間部材５０とキャップ部材２０とを備え、中間部材５０は、長手方向Ｚにおいて光ファイバ１０Ｂの先端面１０ｂと対向するように設けられる入力端面５０ａと、入力端面５０ａとは反対側に位置する反射端面５０ｂと、を有し、キャップ部材２０は、反射端面５０ｂに接続される開口端面２１ａおよび開口端面２１ａとは反対側に位置する封止端２１ｂを有する筒部２１と、封止端２１ｂを封止する封止部２２と、を有し、筒部２１の内側には、反射端面５０ｂ、筒部２１、および封止部２２によって密閉された閉空間Ａが設けられ、反射端面５０ｂおよび開口端面２１ａは、横断面に対して傾いている。

このような構成においても、光ファイバ１０Ｂの先端面１０ｂから出射された光の進行方向が、反射端面５０ｂと閉空間Ａとの境界面において変化する。このため、第１実施形態に係る光ファイバプローブ１Ａと同様に、光ファイバプローブ１Ｂを側射型プローブとして用いることができる。また、キャップ部材２０と中間部材５０とが、反射端面５０ｂおよび開口端面２１ａにおいて互いに接続されているため、光ファイバプローブ１Ｂの小径化を実現しやすくなる。

ここで、本実施形態に係る光ファイバプローブ１Ｂにおいては、キャップ部材２０の開口径（閉空間Ａの外径）Φ４が、中間部材５０の反射端面５０ｂにおけるビーム径Φ６（不図示）以上であってもよい。なお、「反射端面５０ｂにおけるビーム径Φ６」とは、より具体的には、長手方向Ｚにおいて点Ｐ３（図４参照）が位置する位置におけるビーム径を意味する。ここで、点Ｐ３は、反射端面５０ｂのうち最も基端側（－Ｚ側）に位置する点である。以下、「反射端面５０ｂにおけるビーム径Φ６」を、単に「反射端ビーム径Φ６」と称する場合がある。

この構成により、光ファイバ１０Ｂを伝搬し中間部材５０に入射してきた光の進行方向を、閉空間Ａとの境界面である反射端面５０ｂにおいて効率的に変化させることができる。したがって、光ファイバプローブ１Ｂの側方に照射される光のエネルギーをより向上させることができる。

先述したように、光ファイバ１０Ｂ（および中間部材５０）を伝搬する光の一部分は、ビーム径よりも外側に存在する。本願発明者らが鋭意検討した結果、光のエネルギーは、ビーム径の１．０倍の範囲には約８６．５％含まれ、ビーム径の１．５２倍の範囲には約９９％含まれることが判った。すなわち、本実施形態においては、キャップ部材２０の開口径Φ４を反射端ビーム径Φ６の１．０倍とするよりも、開口径Φ４を例えば反射端ビーム径Φ６の１．５２倍とする方が、ビーム径の外側に存在する光についても、光ファイバプローブ１Ｂの側方に向けて照射させることができると判った。一方、開口径Φ４を反射端ビーム径Φ６の１．５２倍超としても、エネルギー効率の改善の更なる向上が殆どないことが判った。したがって、小径化の観点から、開口径Φ４は、より好ましくは、反射端ビーム径Φ６の１．５２倍以下であることが望ましい。特に、開口径Φ４が反射端ビーム径Φ６の１倍以上１．５２倍以下である構成は、光ファイバプローブ１Ｂのエネルギー効率の向上と小径化とを両立できるため、好適である。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、封止部２２の形状は図示の例に示す平板状に限られず、筒部２１の封止端２１ｂを封止可能であれば適宜変更可能である。例えば、封止部２２は半球状の形状を有していてもよい。この場合、光ファイバプローブ１Ａ、１Ａ´、１Ｂをカテーテルに組み込む際に他の部品を傷つけるリスクを低減することができる。なお、封止部２２が平板状の形状を有していても、第２被覆層４０の先端を半球状に成型することで、同様の作用効果を得ることができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

１Ａ、１Ａ´、１Ｂ…光ファイバプローブ １０Ａ、１０Ａ´、１０Ｂ…光ファイバ １０ａ、１０ｂ…先端面 １１…コア １２…クラッド ２０…キャップ部材 ２１…筒部 ２１ａ…開口端面 ２１ｂ…封止端 ２２…封止部 ４０…第２被覆層（透過性を有する樹脂） ５０…中間部材 ５０ａ…入力端面 ５０ｂ…反射端面 Ｚ…長手方向

Claims (12)

1. 光ファイバとキャップ部材とを備え、
   前記キャップ部材は、前記光ファイバの先端面に接続される開口端面および前記開口端面とは反対側に位置する封止端を有する筒部と、前記封止端を封止する封止部と、を有し、
   前記筒部の内側には、前記先端面、前記筒部、および前記封止部によって密閉された閉空間が設けられ、
   前記先端面および前記開口端面は、前記光ファイバの長手方向に垂直な横断面に対して傾いている、光ファイバプローブ。
2. 光ファイバと中間部材とキャップ部材とを備え、
   前記中間部材は、前記光ファイバの長手方向において前記光ファイバの先端面と対向するように設けられる入力端面と、前記入力端面とは反対側に位置する反射端面と、を有し、
   前記キャップ部材は、前記反射端面に接続される開口端面および前記開口端面とは反対側に位置する封止端を有する筒部と、前記封止端を封止する封止部と、を有し、
   前記筒部の内側には、前記反射端面、前記筒部、および前記封止部によって密閉された閉空間が設けられ、
   前記反射端面および前記開口端面は、前記長手方向に垂直な横断面に対して傾いている、光ファイバプローブ。
3. 前記筒部の外径は、前記光ファイバの外径と略等しい、請求項１または２に記載の光ファイバプローブ。
4. 前記開口端面と前記横断面とがなす角をθとするとき、θ≦３５°である、請求項１または２に記載の光ファイバプローブ。
5. 前記光ファイバと前記キャップ部材とは、前記光ファイバを進行した光が透過可能な樹脂によって一体に被覆されている、請求項１または２に記載の光ファイバプローブ。
6. 前記光ファイバは、コアおよびクラッドを有し、
   前記開口端面と前記横断面とがなす角をθとし、
   前記閉空間の屈折率をｎ０とし、
   前記コアの屈折率をｎ１とし、
   前記クラッドの屈折率をｎ２とするとき、以下の条件ａが成立する、請求項１または２に記載の光ファイバプローブ。
   

   
7. 前記光ファイバは、コアおよびクラッドを有するマルチモードファイバであり、
   前記開口端面における前記筒部の内径は、前記コアの外径以上である、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
8. 前記光ファイバは、コアおよびクラッドを有するマルチモードファイバであり、
   前記開口端面における前記筒部の内径は、前記コアの外径の１．５２倍以下である、請求項１または７に記載の光ファイバプローブ。
9. 前記光ファイバは、シングルモードファイバであり、
   前記開口端面における前記筒部の内径は、前記光ファイバの前記先端面におけるビーム径以上である、請求項１に記載の光ファイバプローブ。
10. 前記光ファイバは、シングルモードファイバであり、
    前記開口端面における前記筒部の内径は、前記光ファイバの前記先端面におけるビーム径の１．５２倍以下である、請求項１または９に記載の光ファイバプローブ。
11. 前記開口端面における前記筒部の内径は、前記中間部材の前記反射端面におけるビーム径以上である、請求項２に記載の光ファイバプローブ。
12. 前記開口端面における前記筒部の内径は、前記中間部材の前記反射端面におけるビーム径の１．５２倍以下である、請求項２または１１に記載の光ファイバプローブ。

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